基于数据驱动的上肢康复机器人交互控制与实验研究.pdf

摘要

摘要

脑卒中是一种严重影响患者正常生活的疾病，这种疾病在治疗过后的康复

过程极其重要。目前我国人口基数众多，脑卒中患者数量日益增多，患者治疗

后的康复活动占用大量的医疗资源，因此康复机器人作为辅助的康复训练设备

逐渐成为缓解医疗资源紧张的有效途径。

目前康复机器人的控制方法较为单一，实现的功能较为简单，无法结合患

者的实际状况反馈康复方案。因此设计一种能够结合患者运动数据的上肢康复

机器人对于脑卒中患者有效的康复治疗十分必要。

本文在完成上肢康复机器人结构设计的基础上，建立了动力学模型，提出

了一种基于数据驱动的控制方法，并在上肢康复机器人平台上开展实验研究，

具体完成的工作如下：

(1)针对惯性传感器采集上肢运动数据随时间误差增大问题，给出了一种采

用光学动作捕捉系统替代惯性传感器实现人体上肢关节角度数据采集方法，提

高了数据采集精度。

(2)基于拉格朗日方法，结合上肢康复机器人实验平台,建立了一种包含外

部扰动和人机交互力的动力学模型，为上肢康复机器人基于数据驱动的动力学

模型建立奠定基础。

(3)针对上肢康复机器人人机康复训练匹配问题，结合人体上肢运动数据，

提出了一种基于数据驱动的上肢康复机器人控制方法，并采用李雅普诺夫原理

证明了系统的稳定性。

(4)搭建了上肢康复机器人实验平台，完成了上肢康复机器人仿真实验和实

际平台实验，实验结果表明所给出的基于数据驱动的控制方法能够有效克服外

部扰动和模型误差，提升了康复机器人的实用性和适用性，满足上肢康复训练

需求，控制效果良好。

关键词：上肢康复机器人数据驱动表面肌电信号人机交互控制

I

Abstract

Abstract

Strokeisaseriousdiseasethatseverelyaffectspatientsnormallife.

Rehabilitationaftertreatmentisextremelyimportantforstrokepatients.Currently,

withalargepopulationinChina,thenumberofstrokepatientsisincreasingdayby

day,andrehabilitationactivitiesaftertreatmentconsumealargeamountofmedical

resources.Therefore,rehabilitationrobotshavegraduallybecomeaneffectivewayto

alleviatetheshortageofmedicalresources.

Thecontrolmethodsofcurrentrehabilitationrobotsarerelativelysingle,andthe

implementedfunctionsarerelativelysimple.Therefore,itisnecessarytodesignan

upperlimbrehabilitationrobotthatcanincorporatepatientmotiondataforeffective

rehabilitationtreatmentforstrokepatients.Thispaperestablishedadynamicmodel,

proposedadata-drivencontrolmethod,andconductedexperimentalresearchonthe

upperlimbrehabilitation